快速滲濾系統(tǒng)釋義

快速滲濾系統(tǒng)是一種低費(fèi)用、低能耗、高效率的土地處理技術(shù)，適用于透水性非常良好的土壤，如砂土、砂壤土或壤土。其作用機(jī)理在實(shí)質(zhì)上非常類似于那種間歇運(yùn)行的“生物砂濾池”。當(dāng)廢水(經(jīng)過(guò)預(yù)處理)投配入滲濾田塊后快速下滲，部分被蒸發(fā)，大部分滲入地下水，在快速滲濾系統(tǒng)，采用的是周期性布水，一段時(shí)間是淹水期，隨之是數(shù)天或數(shù)周的干化期。這樣使田塊處于干一濕交替狀態(tài)，田塊表層的土壤處于厭氧一好氧交替運(yùn)行的狀態(tài)，同時(shí)使截留在土壤表層的懸浮固體能在不同種群的微生物作用下充分有效的降解，從而可防止土壤孔隙的堵塞。通過(guò)厭氧、好氧過(guò)程的交替運(yùn)行，可使廢水中的BOD₅去除。快速滲濾系統(tǒng)的水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷比其他類型的土地處理系統(tǒng)高得多。而且，通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)，采取各項(xiàng)科學(xué)管理措施嚴(yán)格控制干濕期，其凈化效率能得到更大的提高。廢水的投配方式，若補(bǔ)償?shù)叵滤赃_(dá)到回用目的，則以面灌為主，可用集水井或地下集水系統(tǒng)收集再生水；若單純回灌地下水，可不設(shè)集水系統(tǒng)，使精華水貯存在地下蓄水層內(nèi)。

(1)快速滲濾系統(tǒng)采用投配污水(淹水)和干化交替進(jìn)行，可以使土壤表層的好氧條件和凈化能力周而復(fù)始地再生，同時(shí)使截留在土壤表層的懸浮固體能充分有效地在陽(yáng)光和空氣的作用下分解，不致過(guò)分地引起土壤孔隙的堵塞。

(2)快速滲濾處理后的污水可回補(bǔ)地下水或回收后用于各種用途。用于回補(bǔ)地下水時(shí)不設(shè)集水系統(tǒng)；處理水再利用時(shí)，需設(shè)地下集水系統(tǒng)或淺井群收集。

(3)為了減少污水中固體懸浮物對(duì)土壤孑L隙的堵塞，一級(jí)處理是預(yù)處理的最低要求。適用于快速滲濾系統(tǒng)的場(chǎng)地條件為：土壤滲透系數(shù)為0．36～0．6m/d，地下水埋深應(yīng)大于1．0m，地表坡度宜小于15%，土層厚度大于1．5m。

(4)快速滲濾系統(tǒng)與常規(guī)的二級(jí)生化污水處理系統(tǒng)相比，具有處理效果好、可以解決排入地表水體而產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題以及基建投資和運(yùn)行費(fèi)用低、管理方便等優(yōu)點(diǎn)。由于系統(tǒng)污水處理負(fù)荷低(一般為6～130m/a)，造成土地占用面積過(guò)大的缺點(diǎn)。

(5)針對(duì)快速滲濾系統(tǒng)水力負(fù)荷低、處理能力低的問(wèn)題，在快速滲濾系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)，采用了滲透性能良好的天然河砂和人工填料代替天然土層建立人工快速滲濾系統(tǒng)，從而提高水力負(fù)荷，解決快滲系統(tǒng)占地多的突出問(wèn)題。根據(jù)鐘佐粲等人的研究，人工快速滲濾系統(tǒng)在水力負(fù)荷達(dá)到2．943m/(相當(dāng)于一般快速滲濾系統(tǒng)最大水力負(fù)荷130m/的8．3倍)時(shí)，COD₅, BOD₅主要污染物的去除率仍能達(dá)到70%～95%。人工快速滲濾系統(tǒng)已在我國(guó)南方等地區(qū)應(yīng)用，日處理規(guī)模從數(shù)百噸到十萬(wàn)噸不等。隨著系統(tǒng)的不斷完善，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。

（1）水力負(fù)荷

適當(dāng)?shù)乃ω?fù)荷是實(shí)現(xiàn)快速滲濾系統(tǒng)的處理目標(biāo)和系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保證。一般情況下，水力負(fù)荷對(duì)污水中污染物的去除影響不大，但在某種特定情況下高的水力負(fù)荷會(huì)使污染物的去除效率下降。水力負(fù)荷過(guò)大，投配的污水不能及時(shí)滲入地下，造成地表長(zhǎng)時(shí)間滯水，使干化期不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在高溫季節(jié)會(huì)引起藻類繁殖的問(wèn)題。

水力負(fù)荷的確定要以實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的土地滲濾速率、透水系數(shù)、水力傳導(dǎo)系數(shù)的結(jié)果為依據(jù)。但無(wú)論采取哪一種測(cè)定方法，總要對(duì)所得的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，除非是生產(chǎn)規(guī)模的淹水池所得到的滲濾速率可直接用于快速滲濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。各種滲透速率的測(cè)定方法的修正系數(shù)如下所示：

淹水施法 觀測(cè)的有效滲濾速率的10%—15%

進(jìn)氣式滲透儀法和圓筒滲透儀法 觀測(cè)的有效滲濾速率的2%—4%

實(shí)驗(yàn)室的水力傳導(dǎo)系數(shù) 測(cè)定的有效水力傳導(dǎo)系數(shù)或限制性土層的水力傳導(dǎo)系數(shù)的4%—10%

快滲系統(tǒng)水力負(fù)荷

式中——污水年水力負(fù)荷，m/a

a——水力負(fù)荷速率測(cè)定方法修正系數(shù)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定a=0.04~0.1；

t——一年中設(shè)計(jì)運(yùn)行天數(shù)，d；

——垂直水力傳導(dǎo)系數(shù)。cm/h

（2）滲濾池面積

快速滲濾系統(tǒng)滲濾池面積由下式計(jì)算:

A=

中A——滲濾池面積，h；

Q——設(shè)計(jì)的日流量，m3/d；

L。——設(shè)計(jì)的年水力負(fù)荷，m/a；

P——每年運(yùn)行的周數(shù)，周/a。

如果快速滲濾系統(tǒng)是終年運(yùn)行的，可以簡(jiǎn)化為：

A=

適宜快速滲濾處理的場(chǎng)地，應(yīng)具有土層厚度大于1.5m，地下水埋深大于2.5m，滲透性良好(≥0.5cm/h)，地面坡度小于15%的條件。

快速滲濾系統(tǒng)必須科學(xué)的控制廢水的投配期與落干期，以期在落干期有足夠氧滲入土壤—微生物系統(tǒng)來(lái)確保有機(jī)物的好氧生化反應(yīng)和氨氮的硝化反應(yīng)，同時(shí)在淹水期內(nèi)能夠維持厭氧條件以保證反硝化反應(yīng)的進(jìn)行?？焖贊B濾系統(tǒng)追求的不同目標(biāo)，其投配期與落干期之比是不同的。對(duì)于預(yù)處理為一級(jí)平的廢水，該比值一般小于0.2，以確保有足夠的落干期。通常，氣候溫暖時(shí)采用較短的落干期，氣候寒冷時(shí)采用較長(zhǎng)的落干期。2100433B

目錄

前言

第1章 緒論 1

1.1 污水地下滲濾系統(tǒng)概述 1

1.1.1 污水地下滲濾系統(tǒng)的水力學(xué)特征及其技術(shù)特點(diǎn) 3

1.1.2 污水地下滲濾系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀 7

1.2 污水在地下滲濾系統(tǒng)中的氮形態(tài)及其歸宿 9

1.2.1 有機(jī)氮 9

1.2.2 氨態(tài)氮 9

1.2.3 硝態(tài)、亞硝態(tài)氮 10

1.3 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的生物學(xué)過(guò)程 10

1.3.1 氨化 11

1.3.2 硝化 12

1.3.3 反硝化 13

1.3.4 厭氧氨氧化 15

1.3.5 厭氧鐵氨氧化 16

1.3.6 共反硝N20、N2 16

1.3.7 亞硝酸型厭氧曱烷氧化 17

1.4 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的其他過(guò)程 17

1.5 污水地下滲濾系統(tǒng)強(qiáng)化脫氮研究進(jìn)展及存在問(wèn)題 18

1.5.1 強(qiáng)化脫氮研究進(jìn)展 18

1.5.2 脫氮研究存在的問(wèn)題 21

第2章 污水地下滲濾系統(tǒng)復(fù)合生物基質(zhì)及對(duì)脫氮微生物種群結(jié)構(gòu)的影響 23

2.1 引言 23

2.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法 23

2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料 23

2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 24

2.3 結(jié)果與討論 29

2.3.1 復(fù)合生物基質(zhì)組配及理化性質(zhì) 29

2.3.2 復(fù)合生物基質(zhì)的吸附及硝化與反硝化能力 30

2.3.3 污水地下滲濾系統(tǒng)復(fù)合生物基質(zhì)床體構(gòu)建方法 32

2.3.4 復(fù)合生物基質(zhì)床對(duì)基質(zhì)層微環(huán)境及脫氮菌群結(jié)構(gòu)的影響 33

2.4 小結(jié) 37

第3章 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮微生物及氮還原酶活性研究 38

3.1 引言 38

3.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法 38

3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料 38

3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 39

3.3 結(jié)果與討論 40

3.3.1 脫氮微生物系統(tǒng)的形成與穩(wěn)定及空間分布 40

3.3.2 進(jìn)水負(fù)荷對(duì)脫氮微生物空間分布的影響 42

3.3.3 ORP對(duì)脫氮微生物空間分布的影響 45

3.3.4 底物補(bǔ)加對(duì)脫氮微生物空間分布的影響 47

3.3.5 生物基質(zhì)層有機(jī)質(zhì)含量對(duì)脫氮微生物空間分布的影響 48

3.3.6 基質(zhì)氮還原酶活性分布特征及其與污水脫氮效果的相關(guān)性 50

3.4 小結(jié) 56

第4章 維系污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮的氧化還原環(huán)境變化特征 58

4.1 引言 58

4.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法 58

4.2.1 模擬污水地下滲濾系統(tǒng) 58

4.2.2 基質(zhì)組成 59

4.2.3 基質(zhì)層理化性質(zhì)信號(hào)采集 59

4.2.4 樣品分析 61

4.2.5 數(shù)據(jù)處理 61

4.3 結(jié)果與討論 62

4.3.1 基質(zhì)層ORP對(duì)進(jìn)水水力負(fù)荷波動(dòng)的響應(yīng) 62

4.3.2 間歇運(yùn)行方式對(duì)基質(zhì)層ORP變化的影響 67

4.3.3 環(huán)境溫度對(duì)基質(zhì)層ORP變化的影響 70

4.3.4 基質(zhì)層ORP空間波動(dòng)規(guī)律解析 72

4.3.5 基質(zhì)Fe-Mn-S體系對(duì)ORP的影響 77

4.3.6 基質(zhì)層ORP變化數(shù)值模擬 80

4.4 小結(jié) 88

第5章 污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮?jiǎng)恿W(xué)過(guò)程 90

5.1 引言 90

5.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法 90

5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料 90

5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 90

5.3 結(jié)果與討論 91

5.3.1 硝化動(dòng)力學(xué)過(guò)程及影響因素 91

5.3.2 反硝化動(dòng)力學(xué)過(guò)程及影響因素 95

5.4 小結(jié) 97

第6章 污水地下滲濾系統(tǒng)脫氮的影響因素及運(yùn)行控制 98

6.1 引言 98

6.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法 98

6.2.1 實(shí)驗(yàn)材料 98

6.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 99

6.3 結(jié)果與討論 100

6.3.1 干濕比對(duì)脫氮效果的影響 100

6.3.2 進(jìn)水負(fù)荷對(duì)脫氮效果的影響 103

6.3.3 碳氮比對(duì)脫氮效果的影響 106

6.3.4 溫度對(duì)脫氮效果的影響 108

6.3.5 布水方式對(duì)脫氮效果的影響 111

6.3.6 生物基質(zhì)層有機(jī)質(zhì)含量對(duì)脫氮效果的影響 117

6.3.7 曝氣量對(duì)脫氮效果的影響 118

6.4 小結(jié) 119

第7章 污水地下滲濾系統(tǒng)釋放氧化亞氮的環(huán)境效應(yīng)與影響因素 121

7.1 引言 121

7.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法 122

7.2.1 實(shí)驗(yàn)材料 122

7.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 124

7.3 結(jié)果與討論 126

7.3.1 基于15N穩(wěn)定同位素示蹤的污水地下滲濾系統(tǒng)釋放氧化亞氮機(jī)理 126

7.3.2 干濕比對(duì)氧化亞氮釋放通量的影響 132

7.3.3 進(jìn)水負(fù)荷對(duì)氧化亞氮釋放通量的影響 134

7.3.4 碳氮比對(duì)氧化亞氮釋放通量的影響 139

7.3.5 生物基質(zhì)層有機(jī)質(zhì)含量對(duì)氧化亞氮釋放通量的影響 141

7.3.6 曝氣量對(duì)氧化亞氮釋放通量的影響 144

7.4 小結(jié) 146

第8章 污水地下滲濾系統(tǒng)氣體堵塞與自適應(yīng)機(jī)制 148

8.1 引言 148

8.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法 150

8.2.1 實(shí)驗(yàn)材料 150

8.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 150

8.3 結(jié)果與討論 155

8.3.1 曝氣對(duì)污水地下滲濾系統(tǒng)理化性質(zhì)的影響 155

8.3.2 進(jìn)水?dāng)y帶空氣對(duì)氣體諸塞的誘發(fā)過(guò)程 159

8.3.3 生物代謝氣體氧化亞氮對(duì)氣體諸塞的誘發(fā)過(guò)程 166

8.4 小結(jié) 176

第9章 污水地下滲濾系統(tǒng)的工程應(yīng)用 178

9.1 工程概述 178

9.1.1 工程選址 178

9.1.2 水質(zhì)、水量及回用標(biāo)準(zhǔn) 179

9.2 工藝特征及脫氮設(shè)計(jì) 179

9.2.1 污水處理工藝流程 179

9.2.2 系統(tǒng)脫氮設(shè)計(jì) 183

9.3 工程啟動(dòng) 186

9.4 工程運(yùn)行效果 188

9.4.1 污染物去除率 188

9.4.2 進(jìn)出水氮組成 189

9.4.3 脫氮環(huán)境 189

9.4.4 進(jìn)出水pH變化 190

9.4.5 處理成本核算 191

9.5 操作條件對(duì)氧化亞氮釋放的影響 192

9.5.1 干濕比對(duì)氧化亞氮釋放通量的影響 193

9.5.2 水力負(fù)荷對(duì)氧化亞氮釋放通量的影響 195

9.5.3 氮負(fù)荷對(duì)氧化亞氮釋放通量的影響 197

9.6 小結(jié) 201

參考文獻(xiàn) 202

附錄1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練Matlab代碼 213

附錄2 回歸模型模擬結(jié)果比較Matlab代碼 2142100433B

《污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮原理與關(guān)鍵技術(shù)》系作者團(tuán)隊(duì)十余年的污水地下滲濾系統(tǒng)研究成果，共分為九章，內(nèi)容包括污水地下滲濾系統(tǒng)生物脫氮原理、生物脫氮菌群結(jié)構(gòu)和酶活性特征及影響因子、生物脫氮?jiǎng)恿W(xué)過(guò)程和運(yùn)行控制、生物脫氮過(guò)程副產(chǎn)物氧化亞*的釋放特征及氣體堵塞與系統(tǒng)自適應(yīng)機(jī)制、該技術(shù)在分散污水處理中的工程應(yīng)用案例等。